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1. WO2008031633 - MODULARES MIKROELEKTRONISCHES SYSTEM

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Modulares mikroelektronisches System

Die Erfindung betrifft ein modulares mikroelektronisches System nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Modulare mikroelektronische Systeme sind grundsätzlich bekannt. So sind beispielsweise modular eingebettete Systeme bekannt, welche digitale Schaltungen zur Datenverarbeitung und zur Ablaufsteuerung und je nach Anwendung weitere Teilsysteme mit Sensoren und

Schaltungen zur Messdatenverarbeitung, Aktuatoren mit Ansteuerung zur Positionierung der Sensorik, Antenne und Elektronik zur Hochfrequenzerzeugung/ -auswertung sowie zur Steuerung der Kommunikation, und Energie-Versorgung und Bauelementen zum Energiemanagement aufweisen.

Ein bekanntes Konzept ist, das mikroelektronische System kostengünstig mit einer möglichst geringen An-zahl von Komponenten zu realisieren. Eine Möglichkeit hierfür ist es, den größten Teil der notwendigen Komponenten auf einem Halbleiterchip als "system-on-a-chip" zu integrieren. Bekannt sind beispielsweise 3D-IC-Technologien zur Realisierung mehrerer Transistor-lagen auf einem Chip. Dem Vorteil der kleineren Chipabmaße stehen jedoch starke Ausbeuteprobleme und deutlich schlechtere Kenndaten im Vergleich zu
2D-ICs gegenüber.

Ein weiteres Konzept ist, modulare mikroelektronische Systeme zu entwerfen, welche auf der Stapelung von Halbleiterchips und weiteren elektronischen Komponenten in Form planarer Schichten basieren. Die elektrische Verbindung der einzelnen Schichten, beispiels-weise von Daten- und Steuerleitungen sowie Versorgungsleitungen, erfolgt vertikal. Bei diesem Chipstapelverfahren müssen die einzelnen Schichten gleiche Abmessungen haben.

Die Druckschrift WO 03/005782 A2 offenbart beispielsweise ein modulares mikroelektronisches System, welches mehrere vertikal übereinander gestapelte Funktionsschichten aufweist. Eine Funktionsschicht enthält jeweils elektronische Komponenten, eine elektrische Leiterstruktur, welche die mikroelektronischen Komponenten elektrisch kontaktiert und einen Träger in welchen mikroelektronische Komponenten und Leiterstruktur eingebettet sind. Des Weiteren weist die Leiterstruktur Anschlusskontakte für die mikroelekt-ronische Komponenten auf, wobei die Anschlusskontakte außen an der Stirnfläche des Trägers angeordnet sind. Mehrere derartige Funktionsschichten sind übereinander gestapelt und über die jeweils außen liegenden Anschlusskontakte der jeweiligen Leiterstruktur über eine Metallisierung elektrisch miteinander verbunden.

Gegenüber der Verdrahtungsdichte horizontal angeordneter Verdrahtungen ist der Aufwand zur Erreichung hoher Verdrahtungsdichten im Bereich der vertikalen Kontakte deutlich höher. Dies macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn eine Vielzahl von Funktions-schichten miteinander elektrisch über vertikale Verbindungen miteinander verbunden werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein modulares mikroelektronisches System zu schaffen, welches ermöglicht, die vertikale Verdrahtungskomplexität und insbesondere den Platzbedarf einer derartigen Verdrahtung erheblich zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird durch ein modulares mikroelektronisches System nach Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung schafft ein modulares mikroelektronisches System, enthaltend mehrere vertikal übereinander gestapelte Funktionsschichten oder Module, wobei eine Funktionsschicht mindestens eine elektronische Komponente, eine Leiterstruktur mit mindestens einem vertikalen Anschlusskontakt und einer Verdrahtung, die die mindestens eine elektronische Komponente mit den mindestens einen vertikalen Anschlusskontakt e-lektrisch verbindet, enthält, und die Funktions-schichten über ihre jeweiligen Anschlusskontakte vertikal miteinander elektrisch verbunden sind.

Erfindungsgemäß ist zumindest ein Teil der Funktionsschichten hinsichtlich der Verdrahtung und/oder der Anschlusskontaktkonfiguration für unterschiedliche vertikale Verbindungstechnologien ausgelegt.

Aufgrund dessen, dass zwischen mehreren, alternativen Verbindungstechnologien gewählt werden kann, ist es beim Aufbau aus mehreren Funktionsschichten möglich, jeweils die geeignete Verbindungstechnologie auszuwählen, um eine vorteilhafte vertikale Verbindung zu ermöglichen. Insbesondere der Platzbedarf zur vertikalen Verbindung der Funktionsschichten kann hiermit minimiert werden. Dabei sind auch unterschiedliche Abmessungen der einzelnen Funktionsschichten oder Module möglich.

Als vertikale Verbindungstechnologien sind die Sei-tenrandkontaktierungen, die Flächenkontaktierung mit Durchkontaktierungen, oder drahtlose Verbindungstechniken, induktiver, kapazitiver oder elektromagnetischer Art vorgesehen.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn die Funktionsschichten in Form modular aufgebaut sind, d.h., funktional zusammenhängende elektronische Komponenten werden vorzugsweise auf einer Funktionsschicht zusammengefasst, und in verschiedenen Kombinationen zu dem mikroelektronischen modularen System aufbaubar sind. Je nach Kombination der einzelnen

Funktionsschichten zu solch oder solch einem mikroelektronischen System können unterschiedliche Arten der elektrischen vertikale Verbindung der Funktions-schichten besser geeignet sein. Erfindungsgemäß ist es möglich, zwischen verschiedenen Alternativen eine vertikale Verbindung auszuwählen und über die Wahl der Verbindung eine geeignete Belegung der vertikalen Anschlusskontakte einzustellen. Dies vereinfacht beispielsweise Fertigungskonzepte mit sehr verschiedenen Zulieferern, da der Abstimmungsbedarf, was zumindest die Auslegung der vertikalen Anschlusskontakte be- trifft, reduziert ist, wenn nicht sogar gar nicht mehr notwendig ist.

Es ist möglich, die Anschlusskontakte in verschiede-nen Formen auszubilden, beispielsweise galvanisch in Form von Durchführungen oder Durchkontaktierungen, also eine galvanische Verbindung, die durch den Träger hindurchtritt, oder Seitenkontakte, oder drahtlos über kapazitiv, induktiv oder elektromagnetisch (An-tennen) koppelnde Elemente. Zur Unterstützung der drahtlos koppelnden Elemente können dielektrische und/oder weichmagnetische Materialien eingesetzt werden.

Die Funktionsschicht kann derart aufgebaut sein, dass verschiedene solcher Verbindungstechnologien unterstützt werden, um abhängig von den Anforderungen, beispielsweise was Zuverlässigkeit und Kosten angeht, eine geeignete vertikale elektrische Verbindung zu ermöglichen.

Dadurch, dass der Entflechtungsaufwand der vertikalen elektrischen Verbindung durch Wahl der Belegung der Anschlusskontakte auf der Funktionsschicht reduzier-bar ist, ist es möglich, extrem kleine und damit leichte Module zu realisieren. Derartige Module können eine deutlich höhere Robustheit aufweisen, die selbst einen sicheren Betrieb in rauen Umgebungen, beispielsweise in Umgebungen, in welchen das Bauteil hohen Beschleunigungen ausgesetzt ist, erlauben.

Es ist insbesondere möglich, mehr Anschlusskontakte als von den elektronischen Komponenten benötigt vorzusehen.

Weiterhin ist es möglich, vorgefertigte Träger mit unterschiedlichen Kontaktkonfigurationen zu verwenden, wobei ein Träger auch Kontaktkonfigurationen unterschiedlicher Verbindungstechnologien aufweisen kann.

Zur Realisierung einer vertikalen elektrischen Verbindung, die seitlich des Stapels der Funktions-schichten angeordnete elektrische Leitungen aufweist, eignen sich beispielsweise Dünnfilmsubstrate auf Ba-sis von einer Keramik oder Silizium, Dickschichtsubstrate auf Basis einer Keramik, laminierte Substrate, insbesondere Leiterplatten, Metalldrähte (gelötet o-der gebondet) , Leitpaste oder eine laserstrukturierte Metallisierung .

Elektronische Komponenten können insbesondere mikroelektronische Bauteile, beispielsweise SMD-Bauteile oder Halbleiterchips sein, oder aber auch Bauteile wie beispielsweise Antennen, Batterien, Sensoren, Schwingquarze, Aktoren, Signalgeber, Resonatoren und

EMV-Filter.

Als Träger kommen insbesondere starre Materialien in Betracht, beispielsweise aus Keramik, Silizium oder Epoxydharz, womit der Träger zur mechanischen Stabilität der Funktionsschicht beiträgt. Grundsätzlich sind auch flexible Träger, beispielsweise Polymerfolien, möglich. Die elektronischen Komponenten können dabei auf dem Träger angeordnet sein, oder aber auch in diesem eingebettet sein. Letzteres kann beispielsweise durch einen Verguss mit einem Harz, beispielsweise einem Epoxydharz, erreicht werden. Für einen Verguss besitzt der Träger vorzugsweise eine starre Grundplatte, beispielsweise aus einem der oben ange-gebenen Materialien.

Die elektrischen Verbindungsleitungen der Leiterstruktur können auf verschiedene Art und Weise realisiert werden, beispielsweise durch Aufdampfen einer Metallstruktur oder durch einen Ätzprozess einer schon vorhandenen Metalllage. Je nach Bedarf kann die Leiterstruktur auch mehrschichtig sein.

Die Form der Funktionsschicht ist vorzugsweise pla-nar, wodurch ein Stapel der Funktionsschicht mit wei-teren Funktionsschichten erleichtert ist. Vorzugsweise ist die Form der Funktionsschicht quaderförmig, wobei solche unterschiedlicher Abmessungen gestapelt werden können. Dies kann beispielsweise durch einen Verguss erreicht werden.

Erfindungsgemäß ist es insbesondere möglich, nach der Anordnung der elektronischen Komponenten auf dem Träger und deren Kontaktierung mit der Leiterstruktur die Belegung der Anschlusskontakte durch die Wahl ei-ner der alternativen Verbindungstechnologien zu bestimmen.

Modulare mikroelektronische Systeme mit einer erfindungsgemäßen Funktionsschicht eignen sich für viel-fältige Anwendungen, insbesondere für Anwendungen mit integrierter Sensorik und Funkkommunikation, beispielsweise zur Aufzeichnung von Umweltbedingungen, Verfolgung der Bewegung von beweglichen Objekten, Warnung vor Materialermüdung bei rotierenden Teilen, Bestandserweitung und -kontrolle, Realisierung von virtuellen Tastaturen, Bestimmung von Produktqualität und Unterstützung von Behinderten.

Vorteilhafterweise beinhaltet die Leiterstruktur min-destens zwei alternative Verdrahtungen zu unterschiedlichen Belegung der Anschlusskontakte durch die elektronischen Komponenten, wobei von den alternativen Verdrahtungen zumindest eine Verdrahtung auswähl-bar ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leiterstruktur zumindest teilweise derart ausgebildet, dass die Wahl der Verdrahtung durch das Auftrennen von Teilen der Leiterstruktur erfolgen kann.

Ein derartiges Auftrennen ist, je nach Ausbildung der Leiterstruktur, beispielsweise durch ein Abtragen o-der partielles Aufschmelzen eines Teilbereiches der Leiter möglich.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Leiterstruktur derart ausgebildet ist, dass ein mehrfacher Wechsel der Verdrahtungen möglich ist.

Vorzugsweise ist die Leiterstruktur derart ausgebildet, dass ein Zurückwechseln auf schonmals gewählte Verdrahtungen möglich ist. Vorzugsweise ist auch ein beliebiges Hin- und Herwechseln zwischen zumindest einen Teil der Verdrahtungen möglich.

Durch eine derartige Ausbildung der Leiterstruktur wird beispielsweise ermöglicht, die Funktionsschicht mehrfach zum Aufbau verschiedener Systeme zu verwenden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leiterstruktur eine steuerbare Umschalteinheit aufweist, durch die die Verdrahtung mehrfach wechselbar ist.

Ein Beispiel für eine derartige Umschalteinheit ist eine Anordnung von Relais, durch die die elektrischen Verbindungsleitungen der Leiterstruktur unterschiedlich miteinander zu verschiedenen Verdrahtungen kombiniert werden können. Vorzugsweise ist die Umschalt-einheit eine elektronisch steuerbare mikroelektronische Komponente. Besonders bevorzugt ist, wenn die Umschalteinheit programmierbar ist.

Dadurch, dass ein mehrfacher Wechsel der Verdrahtun-gen möglich ist, ist es möglich, die Anschlüsse, vorzugsweise durch die elektronischen Komponenten der Funktionsschicht, mehrfach zu belegen. Je nach Bedarf könnte in diesem Falle die eine oder die andere e-lektronische Komponente mit einem Teil der Anschluss-kontakte über einen Wechsel der Verdrahtungen miteinander elektrisch verbunden werden. Elektronische Komponenten verschiedener Funktionsschichten können über eine reduzierte Anzahl von Anschlusskontakten miteinander kommunizieren, in dem die Anschlusskontakte funktionsabhängig unterschiedlich belegt werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Umschalteinheit über zumindest eine elektronische Komponente der Funktionsschicht steuerbar ist.

Dies ermöglicht es, dass die Funktionsschicht je nach Bedarfsfall automatisch zumindest einen Teil der Verdrahtungen wechseln kann.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Umschalteinheit über zumindest einen Anschlusskontakt steuerbar ist.

Eine derartige Weiterbildung ist beispielsweise für eine einmalige Festlegung der Verdrahtung während der Integration der Funktionsschicht in einem mikroelekt- ronischen modularen System geeignet. Dies ist in vielen Fällen ausreichend. Die Anschlüsse für die Programmierung der Umschalteinheit brauchen in diesem Falle nicht weiter verdrahtet zu werden.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Leiterstruktur derart ausgebildet ist, dass ein mehrfacher Wechsel der Verdrahtungen im Betriebszustand der Funktionsschicht möglich ist.

Dies kann beispielsweise durch eine weiter oben schon beschriebene Umschalteinheit realisiert werden.

Beispielsweise kann die Umschalteinheit derart pro-grammiert sein, dass sie in einer festen zeitlichen Folge die Verdrahtungen wechselt . Ebenso ist es möglich, dass die Umschalteinheit derart ausgebildet ist, dass diese aufgrund von Signalen von mit der Umschalteinheit verbundenen elektronischen Komponenten die Verdrahtung während des Betriebszustandes wechselt. Die elektronischen Komponenten können dabei auf der Funktionsschicht liegen, auf der sich die Umschalteinheit befindet, oder aber auch elektronische Komponenten sein, die insbesondere auf anderen Funk-tionsschichten angeordnet sind und über eine vertikale elektrische Verbindung über einen der Anschluss-kontakte mit der Umschalteinheit verbindbar sind.

Diese vorteilhafte Weiterbildung ermöglicht insbeson-dere eine Mehrfachbelegung der Anschlusskontakte.
Hiermit ist eine erhebliche Reduzierung der Komplexität und des Aufwandes für die vertikale Verdrahtung möglich.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Anschlusskontakte zur Steuerung der Um- schalteinheit zumindest teilweise ausschließlich von der Umschalteinheit einfach belegt sind.

Die Anschlusskontakte zur Steuerung der Umschaltein-heit besitzen zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, keine weitere Funktionalität.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anschlusskontakte zur Steuerung der Umschalteinheit zumindest teilweise mehrfach belegt sind.

Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn mit verschiedenen Mitteln die Umschalteinheit gesteuert werden soll, beispielsweise mit mehreren elektronischen Komponenten.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass zumindest zwischen einem Anschlusskontakt und einer elektronischen Komponente durch Wahl der Verdrahtung eine Treiberstufe zwischenschaltbar ist.

Unter einer Treiberstufe soll eine als Eingangs-und/oder Ausgangsstufe ausgebildete Vorrichtung ver-standen werden, beispielsweise eine Vorrichtung, über welche eine Impedanzanpassung von Signalein- und -ausgängen möglich ist, Signalaufbereitungsstufen zur Unterstützung drahtloser vertikaler Verbindungen auf Basis kapazitiver, induktiver und/oder elektromagne-tischer Kopplung, oder Bustreiber, die Datenbussysteme zur seriellen Datenübertragung unterstützen. Im Falle von Bautreiberstufen wird hier eine ergänzende Steuereinheit zur Umsetzung eines Busprotokolls als Bestandteil der Treiberstufe angesehen.

Selbstverständlich können derartige Treiberstufen auch als Teil einer unveränderbaren Verdrahtung fest in der Leiterstruktur integriert sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich-nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen modularen mikroelektronischen Systems, und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines erfin- dungsgemäßen modularen mikroelektronischen

Systems .

Fig. 3 eine erste Ausführungsform eines Trägers
einer Funktionsschicht mit zu einer erfin- dungsgemäßen Leiterstruktur gehören Verbindungsleitungen und Anschlusskontakten,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines Trägers
und zu einer Leiterstruktur gehörenden
Verbindungsleitungen und Anschlusskontakten,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines Trägers
und zu einer Leiterstruktur gehörenden
Verbindungsleitungen und Anschlusskontakten,

Fig. 6 eine vierte Ausführungsform eines Trägers
und zu einer Leiterstruktur gehörenden
Verbindungsleitungen und Anschlusskontakten, Fig. 7 eine fünfte Ausführungsform eines Trägers
mit zu einer Leiterstruktur gehörenden An- schlusskontakten,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer beim mikroelektronischen System verwendete Funktionsschicht.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines mikroelektronischen Systems bzw. eines Modul-stapeis 100, hier einen modular aufgebauten Funksensor .

Der Funksensor enthält mehrere übereinander vertikal gestapelte Funktionsschichten bzw. Module. Die Basis bildet eine Energieversorgung 20, es folgt ein erster Speicher 21a, ein zweiter Speicher 21b, eine Logik 22, eine Mikroantenne 23 und ein Funksender 24. Ge-nannte Elemente sind als Funktionsschichten ausgebildet, d.h. sie weisen jeweils mindestens eine elektronische Komponente und eine Leiterstruktur mit mindestens einem vertikalen Anschlusskontakt und einer Verdrahtung auf, die die mindestens eine elektronische Komponente mit dem mindestens einen vertikalen Anschlusskontakt verbindet.

Die Funktionsschichten 20 bis 24 sind dabei quaderförmig mit identischer Grundfläche ausgebildet. Dies wird in diesem Fall durch Träger mit identischen, quadratische Grundflächen aufweisenden starren Substraten, welche oberseitig mit Epoxydharz vergossen wurden, erreicht.

Die Funktionsschichten sind durch ein Harz 28 miteinander verklebt .

Auf der Oberseite des Funksenders 24 befindet sich des Weiteren ein Temperatursensor 25, ein Pufferkondensator 26 und ein Quarz 27. Diese sind ebenfalls durch eine Klebeverbindung mit Harz an der Funktions-schicht des Funksenders 24 befestigt.

Der hier gezeigte Modulstapel 100 umfasst Module, die alle mit dergleichen Grundabmessung, aber unter-schiedlichen Höhen oder Dicken versehen sind, dies ist nicht notwendigerweise vorgegeben, sie können auch unterschiedliche Grundabmessungen haben. Die maximale Kantenlänge des gezeigten würfelförmigen Funkmoduls ist kleiner als 2 cm und liegt vorzugsweise zwischen 2 mm und 6 mm. Je nach Aufbau können die Abmessungen variieren.

Die vertikale elektrische Verbindung der einzelnen Funktionsschichten oder Module kann auf unterschied-liehen Verbindungstechnologien beruhen, je nachdem welche Komponenten verwendet werden, wie der Platzaufwand der einzelnen Komponenten ist und wie benachbarte Module bzw. Funktionsschichten wechselseitig ausgebildet sind. Als vertikale Verbindungstechnolo-gien kommen die Seitenrandkontaktierung, die Flächenkontaktierung, die Flächenkontakte und Durchkontak-tierungen umfasst, und drahtlose Verbindungen und dergleichen in Frage.

In den Fign. 3 bis 7 sind mehrere solcher Verbindungstechnologien dargestellt und sie zeigen mehrere Ausführungsformen eines Trägers 4 mit Verbindungsleitungen als Verdrahtung und Anschlusskontakten 5 einer Leiterstruktur 3.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, in der vertikalen Anschlusskontakte 5 als Seitenrandkontakte 5a ausgebildet sind, und diese sich an einer Außenkante des Trägers 4a befinden.

Die Seitenrandkontakte 5a sind über Verbindungsleitungen 3e einer Leiterstruktur mit horizontalen Anschlusskontakten 30a kontaktiert. Die horizontalen Anschlusskontakte 30a sind für den Anschluss von e-lektronischen Komponenten oder weiteren Verbindungs-leitungen vorgesehen. Die Verbindungsleitungen werden durch eine auf der Oberfläche des Trägers 4a gebildete metallische Schicht gebildet.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Flächenkon-taktierung, in der die Anschlusskontakte 5 als Durchkontaktierungen 5b, welche durch den Träger 4b vollständig hindurchtreten, ausgebildet sind.

Die Durchkontaktierungen 5b können mit einem Metall gefüllt sein. Die horizontalen Außenflächen der
Durchkontaktierungen sind planar. die Durchkontaktierungen 5b stehen mit entsprechenden flächigen Kontakten 300 über Leitungsstücke 3g in Verbindung.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Anschlusskontakte für die vertikale Verdrahtung als Seitenrandkontakte 5c ausgebildet sind, welche sich an der Außenkante des Trägers 4c befinden. Die Anschlusskontakte 5c sind beispielsweise als schalen-förmige metallische Elemente ausgebildet, welche in den Außenrand des Trägers 4c eingebettet sind. An den Außenflächen, d.h., an der Ober- und Unterseite des Trägers 4c, sind die Seitenrandkontakte planar ausgebildet. Hier stehen die Seitenrandkontakte 5 mit flä-chigen Anschlüssen 3Od gegebenenfalls für Komponenten über Leitungsstücke 3h in Verbindung.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei denen die Anschlusskontakte für die vertikale Verbindung als Durchkontaktierung 5d und Seitenrandkontakte 5f auf einem Träger 4d ausgebildet sind. Alternativ ist, e-benso wie in den vorherigen Beispielen, eine Reservierung von Flächen möglich, die später zur Realisierung von Durchkontaktierungen genutzt werden können.

Mehrere horizontale Anschlusskontakte 30b, die für den Anschluss von elektronischen Komponenten oder weiteren Verbindungsleitungen vorgesehen sein können, und die vertikalen Anschlusskontakte 5f und 5d sind durch ein Raster von Verbindungsleitungen 3f, hier sich auf der Oberfläche des Trägers 4d verlaufende

Leiterbahnen aus Kupfer, miteinander elektrisch miteinander verbunden. Durch ein Auftrennen der Verbindungsleitungen 3f , hier beispielsweise durch Aufschmelzen von Metallbrücken 6, durch Abtragen oder über einen Ätzprozess, ist es möglich, die Verdrahtung zu ändern, beispielsweise die horizontalen Anschlusskontakte 30b eindeutig den Anschlusskontakten 5f und/oder 5g zuzuordnen.

Fig. 7 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Trägers mit Anschlusskontakten 5. Die Anschlusskontakte sind zum einen als Elektroden 5g für die Bildung kapazitiver Elemente, zum anderen als induktive Elemente 5h ausgebildet. Die induktiven Elemente 5h werden in diesem Fall durch Leiterbahnen gebildet. Zur Verdeutlichung der Funktion der kapazitiven bzw. induktiven Anschlusskontakte zeigt Fig. 7 einen identisch gestalteten Träger 4e' mit identisch ausgebildeten Anschlusskontakten 5g1 und 5h1. Träger 4 und 4e' sind übereinander gestapelt, wodurch die Anschlusskontakte 5g und 5g1 ein kapazitives Element bilden, und die Felder der induktiven Elemente 5h und 5h1 ineinander greifen können.

Die Elektroden 5g und 5g' sind in diesem Ausführungs-beispiel mit einem dielektrischen Material beschichtet. Des Weiteren ist im Bereich der induktiven Elemente 5h und 5h1 ein weichmagnetische Material angeordnet, um die induktive Kopplung zu verstärken.

Die Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Funktionsschicht 1, wie sie bei dem erfindungsgemäßen mikroelektronischen System, d.h. für einen Modulstapel verwendet werden kann.

Die Funktionsschicht 1 enthält mehrere elektronische Komponenten 2, in diesem Falle elektronische Komponenten, welche einen Speicher, einen Controller oder einen Funksender realisieren, eine die elektronischen Komponenten elektrisch kontaktierende Leiterstruktur 3 und einen (hier nicht dargestellten) Träger 4, der die elektronischen Komponenten 2 und die Leiterstruktur 3 trägt. Die Leiterstruktur 3 weist Anschlusskontakte 5 für die elektrische vertikale Verbindung der elektronischen Komponenten 2 mit zumindest einer wei-teren Funktionsschicht (hier nicht dargestellt) auf.

Die hier gezeigte Leiterstruktur 3 weist vier Arten von Verbindungsleitungen auf: Empfindliche Signalleitungen 3a, beispielsweise für die Übertragung von hochfrequenten Signalen, Versorgungsleitungen 3b für die Energieversorgung, Steuerleitungen 3c und Datenleitungen 3d. Die Versorgungsleitungen 3b und empfindlichen SignalIeitungen 3a sind dabei unveränderbar mit vertikalen Anschlusskontakten 5 verbunden. Die Datenleitungen 3d und Steuerleitungen 3c sind ü-ber eine programmierbare Umschalteinheit 7, die als SMD-Komponente ausgebildet ist, mit weiteren Anschlusskontakten 5 verbunden.

Die Umschalteinheit 7 ist derart ausgebildet, dass die Belegung der Anschlusskontakte 5 durch die Datenleitungen 3d und Steuerleitungen 3c gewechselt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die steuerbare Umschalteinheit 7 mittels Relais verschiedene Verbindungsleitungen der Leiterstruktur miteinander ver-schalten kann. Damit ist es möglich, mittels der steuerbaren Umschalteinheit 7 mehrere alternative Verdrahtungen zur unterschiedlichen Belegung der Anschlusskontakte 5 durch die elektronischen Komponenten 2 zu wählen.

Durch die Umschalteinheit 7, die beispielsweise ähnlich einem Relais ausgebildet ist, ist die Verdrahtung beliebig oft wechselbar. Insbesondere ist ein beliebig oft wiederholbares Hin- und Herwechseln zwi-sehen verschiedenen Verdrahtungen möglich.

Die Umschalteinheit 7 ist über eine elektronische Komponente 2 der Funktionsschicht steuerbar.
Hierfür ist die Umschalteinheit 7 über eine elektri-sehe Verbindungsleitung 8 mit der elektronischen Komponente 2 verbunden.

Des Weiteren ist die Umschalteinheit 7 über einen Anschlusskontakt 9 steuerbar. In diesem Fall ist der Anschlusskontakt 9 zur Steuerung der Umschalteinheit einfache belegt. Alternativ ist es ebenfalls möglich, einen derartigen Anschlusskontakt mehrfach zu belegen.

Des Weiteren ist die programmierbare Umschalteinheit 7 derart ausgebildet, dass auch ein Wechsel der Ver- drahtungen während des Betriebszustandes der Funktionsschicht möglich ist. Insbesondere können über die elektrische Verbindungsleitung 8 zumindest ein Teil der elektronischen Komponenten 2 im Betriebszustand der Funktionsschicht selbständig die Verdrahtung und damit die Belegung der Anschlusskontakte 5 wechseln.

Zwischen den Steuerleitungen 3c und Datenleitungen 3d und den Anschlusskontakten 5, also zwischen den e-lektronischen Komponenten 2 und den Anschlusskontakten 5, sind mittels der Umschalteinheit 7 Treiberstufen 10 zwischenschaltbar .

Insbesondere sind zwischen Steuerleitungen 3c und Da-tenleitungen 3d Treiberstufen 10 für die Impedanzanpassung von Signalein- und -ausgängen, Signalaufbereitungsstufen zur Unterstützung drahtloser vertikaler Verbindungen auf Basis kapazitiver, induktiver oder elektromagnetischer Kopplung oder Bustreiber zur seriellen Datenübertragung zwischenschaltbar.

Des Weiteren ist die Umschalteinheit 7 über einen Multiplexer 11 elektrisch direkt mit den Anschlusskontakten 5 verbunden. Auf diese Weise können die An-Schlüsse währen der Fertigung bzw. durch äußere, jedoch systeminterne andere elektronische Komponenten mit Hilfe entsprechender Signalfolgen umkonfiguriert werden.

Zurückkommend auf den Modulstapel 100 der Fign. 1 und 2 mit den einzelnen Funktionsschichten oder Modulen kann gesagt werden, dass zumindest ein Teil dieser Module vorgefertigte Träger 4 mit Leiterstrukturen nach den Fign. 3 bis 6 verwendet, wobei berücksich-tigt wird, welche vertikale Verbindungstechnologie sinnvoll ist.

Die Funktionsschichten 20 bis 24 sind über vertikale Anschlusskontakte 5 miteinander elektrisch verbunden. Bis auf die galvanisch gekoppelten Versorgungsleitun-gen und die empfindlichen analogen Leitungen werden in diesem Ausführungsbeispiel kapazitive Anschluss-kontakte 5 (s. hierzu Fig. 7) verwendet, was aufgrund einer geringeren vertikalen Kontaktdichte zuverlässige größere Kontakte bzw. den Einsatz von kostengüns-tigeren vertikalen Verbindungstechnologien erlaubt.

Die Funktionsschichten des Funkmoduls sind ähnlich wie oben beschriebene Funktionsschicht 1, siehe Fig. 8, ausgeführt. Im Folgenden wird deswegen Bezugs auf die Elemente der Fig. 8 genommen.

Die Logik-Funktionsschicht 22 weist 35 digitale Ein-und Ausgänge auf, die über einen SPI-Bus als Treiberstufe 10 von einer Umschalteinheit 7 beliebig auf drei Anschlusskontakte 5 über Wechseln der Verdrahtung belegt werden können. Die Umschalteinheit ist in diesem Falle als programmierbare Umschalteinheit ausgeführt, die über einen Anschlusskontakt 9 von außen gesteuert werden kann.

Logik 22 und Speicher 21a und 21b weisen jeweils zwei Energieversorgungsleitungen 3a auf, welche dauerhaft mit vertikalen Anschlusskontakten 5 verbunden sind. Zum Datenaustausch zwischen der Logik-Funktions-schicht 22 und den beiden Speicherchips 21a und 21b existieren jeweils drei Datenleitungen 3d, die als SPI-Bus konfiguriert sind.

Die Mikroantennen-Funktionsschicht 23 ist mit dem Funksender 24 ebenfalls über nicht veränderbare auf die Übertragung von HF-Signalen ausgelegte Verbin- dungsleitungen 3a mit zugehörigen Anschlusskontakten 5 miteinander elektrisch verbunden.

Die Verbindung von der Logik-Funktionsschicht 22 und der Funksender-Funktionsschicht 24 erfolgt über einen proprietären Bustreiber 10 mit vier digitalen Leitungen und zwei analogen Leitungen zur Feldstärkemessung zwecks Medienzugriff "per listen before talk" . Zuzüglich der zwei Leitungen für die Energieversorgung er-geben sich insgesamt acht Leitungen. Die vier digitalen Anschlüsse am Funksender 24, vgl. Steuerleitungen 3c in Figur 1, sind über eine programmierbare Umschalteinheit 7, welche analog der oben beschriebenen Umschalteinheit 7, aufgebaut ist, in ihrer Belegung der Anschlusskontakte 5 durch Wechseln der Verdrahtung wählbar.

In diesem Fall kann über die Programmierung der Umschalteinheit die Anschlusskontakte 5 der jeweiligen Funktionsschichten derart belegt werden, dass eine vertikale Verbindung der einzelnen Funktionsschichten miteinander möglich ist.

Das mikroelektronische System 100 nach Fig. 2 ist a-nalog zum mikroelektronischen System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weisen die Funktionsschichten 20-24 allerdings keine An-Schlusskontakte auf, die eine kapazitive Koppelung ermöglichen, sondern Seitenrandkontakte 5c, die eine galvanische Verbindung an den Seitenflächen der Funktionsschichten ermöglichen.

Für die vertikale Verdrahtung der Funktionsschichten weist das mikroelektronische System ein FR4- Leiterplattensubstrat 29 auf. Auf der Oberfläche dieses Substrates 29 befinden sich in diesem Ausführungsbeispiel 50 μm-Leiterbahnen mit einer Dicke von 18 μm aus Kupfer. Durch die Anordnung des Substrates 29 an der Seitenfläche des durch die vertikale Stapelung der Funktionsschichten entstandenen Würfels werden die Funktionsschichten über die Anschlusskontakte 5c miteinander elektrisch verbunden.

Die Leiterstrukturen der Funktionsschichten sind derart ausgebildet, dass es möglich ist, die Belegung der Anschlusskontakte durch Programmierung der Umschalteinheit 7 derart zu wählen, dass kreuzungsfreie vertikale Verbindungen möglich sind. Dementsprechend sind die Leiterbahnen der vertikalen elektrischen Verbindung kreuzungsfrei auf dem Leiterplattensubstrat 29 aufgebracht.

Selbstverständlich sind bei einem Modulstapel 100 Mischformen der Verbindungstechnologien, Seitenrand-kontaktierungen und flächige Kontaktierungen möglich.

Je nach Wahl der Verbindungstechnologien können die vorpräparierten Funktionsschichten entsprechend den Fign. 3 bis 7 gewählt werden, wobei dann auch solche verwenden werden, die beide Ausschlusskontaktmöglichkeiten beinhalten (s. Fig. 6) .